WO2018235184A1

WO2018235184A1 - 電動機及び電動機の組立方法

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Publication number: WO2018235184A1
Application number: PCT/JP2017/022827
Authority: WO
Inventors: 遠藤　政彦; 芳生松川; 宏章横山
Original assignee: マーレエレクトリックドライブズジャパン株式会社
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-12-27
Also published as: JPWO2018235184A1; CN110771014A; CN110771014B; JP6964135B2

Abstract

ロータの回転軸の傾きを抑制して異音の発生を低減することができる新規な電動機を提供することにある。　金属製のモータハウジング１０の開口部１０Ａを塞ぐ合成樹脂製のカバープレート２１の外周面に、シール部材２３が配置されたシール領域と、モータハウジングの開口部より径方向外側に向けて突出する、少なくとも３個以上の突出圧入部２４が設けられた圧入領域を形成し、モータハウジング１０の開口部１０Ａにカバープレート２３１を圧入した状態で、突出圧入部が変形してモータハウジング１０の軸心とカバープレート２１の軸心を一致させる構成とした。突出圧入部が変形することで、モータハウジングの軸心とカバープレートの軸心を一致させることができるので、結果的にロータの回転軸の傾きを抑制でき、異音の発生を低減することができる。

Description

電動機及び電動機の組立方法

　本発明は電動機に係り、特にステータやロータを収納した金属製のモータハウジングの開口部を合成樹脂製のカバープレートによって塞ぐように構成された電動機、及び電動機の組立方法に関するものである。

　電動機は種々の産業分野に使用されているが、特に自動車用の電動機は軽量化が必要なことから、鉄板を円筒状に絞って形成した金属製のモータハウジング内にステータやロータを収納し、そのモータハウジングの開口部を合成樹脂製のカバープレートで塞ぐ構成とされている。このような構成を採用することによって電動機の重量を軽くすることができ、自動車の燃費性能の向上に寄与している。

　ところで、自動車用の電動機は、自動車の種々の制御動作を行なうため種々の環境状態下に置かれることになる。例えば、車輪のブレーキディスクを制動するキャリパを駆動する電動機(電動ブレーキ装置)、前輪の操舵をアシストする電動機(電動パワーステアリング装置)等においては、外部環境におかれるため、特に防水機能が重要である。

　このため、例えば、特開２０１３-６２８９９号公報(特許文献１)においては、金属製のモータケース（＝モータハウジング）の開口部に、合成樹脂製の基板ケース(＝カバープレート)を配置し、基板ケースの外周面に形成した環状溝にシール用のＯリングを配置して防水機能を持たせる構成とされている。このように、モータケースと基板ケースの外周面の接触領域にＯリングを介装することで、泥水や塩水等がモータハウジング内に浸入するのを抑制して、電動機に不具合が発生するのを回避するようにしている。

特開２０１３-６２８９９号公報

　ところで、前述した特許文献１に記載の電動機に限らないが、モータハウジングの開口部を塞ぐカバープレートが合成樹脂を射出成形して製作されている場合、カバープレートの成形時の合成樹脂の「ヒケ」等によって真円度が低下するといった現象が生じる。このため、モータハウジングの開口部にカバープレートを組み込んだ状態で、カバープレートの真円度が低下した影響によって、カバープレートの中央付近に設けられた軸受（転動軸受、或いは滑り軸受）に挿通されたロータの回転軸が傾く恐れがある。ロータの回転軸（出力側）には、制御すべき制御機構が連結されるため、回転軸が傾いていると、この連結部分で異音が発生するという課題が発生する。

　本発明の目的は、ロータの回転軸の傾きを抑制して異音の発生を低減することができる新規な電動機、及び電動機の組立方法を提供することにある。

　本発明の特徴は、金属製のモータハウジングの開口部を塞ぐ合成樹脂製のカバープレートの外周面に、シール部材が配置されたシール領域と、モータハウジングの開口部より径方向外側に向けて突出する、少なくとも３個以上の突出圧入部が設けられた圧入領域を形成し、モータハウジングの開口部にカバープレートを圧入した状態で、突出圧入部を変形させてモータハウジングの軸心とカバープレートの軸心を一致させた、ところにある。

　本発明によれば、突出圧入部が変形することで、モータハウジングの軸心とカバープレートの軸心を一致させることができるので、結果的にロータの回転軸の傾きを抑制でき、異音の発生を低減することができる。

本発明の代表的な実施形態になる電動機の軸方向の縦断面を示す断面図である。図１に示す電動機のモータハウジングとカバープレートの圧入嵌合部を部分的に拡大した拡大断面図である。本発明の実施形態になる電動機のモータハウジングとカバープレートの圧入前の状態（ロータは省略）を示す斜視図である。カバープレートに設けた突出圧入部の形状を示す斜視図である。カバープレートに設けた突出圧入部の軸方向の第１の断面形状を示す断面図である。カバープレートに設けた突出圧入部の軸方向の第２の断面形状を示す断面図である。

　本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。以下、本発明の代表的な実施形態例について図面を用いて詳細に説明する。

　図１は、本発明の代表的な実施形態になる、ブラシ付き直流電動機ＭＴＲの軸方向の断面を示している。

　図１において、プレス加工等により鉄板をほぼ円筒状に形成したモータハウジング１０の内壁部には、界磁を形成する円環状に配置された永久磁石１１が固定されている。そして、モータハウジング１０と永久磁石１１とは、直流電動機ＭＴＲのステータ１２を構成している。円環状に配置された永久磁石１１の内部には、永久磁石１１と微小空隙を介して対向したロータ１３が配置されている。

　ロータ１３は、型抜きした珪素鋼板等を積層して形成された積層コア１４と、この積層コア１４に形成された突極に巻回された巻線１５とを有している。尚、積層コア１４の外表面は熱硬化性樹脂によりモールドされ、形状安定性と絶縁性を確保している。巻線１５が巻回された積層コア１４は回転軸１６に固定されており、回転軸１６の回転に伴い、回転軸１６の出力側端部１６Ａに取り付けられた制御機構（図示せず）の被動部材を回転、駆動する。

　回転軸１６の出力側端部１６Ａとは反対側の軸受端部１６Ｂは、モータハウジング１０の底部１０Ｂ（図１では下端側）の中央部にプレス加工等で形成した後端軸受保持部１７に保持した後端側転動軸受１８に支持されている。本実施形態では、後端軸受保持部１７は、モータハウジング１０の内側に突出する形状に形成されている。回転軸１６の出力側端部１６Ａには、本実施形態では図示しないセレーションが形成されたり、或いは減速ギア等が固定されており、被動部材を駆動したり、被動部材を減速（加速）して駆動するのに用いられる。

　尚、本実施形態ではモータハウジング１０は鉄板をプレス加工して形成されているが、アルミ合金等で作られた円筒状のハウジングの内部に、鉄製のヨークを配置しても良く、以下では、モータハウジング１０、及びアルミ合金等のハウジングとヨークの組み合わせを含めて、モータハウジング１０と表記して説明を進める。

　巻線１５に電力を供給するために、回転軸１６にはコミュテータ１９が取り付けられており、このコミュテータ１９に電力を供給するブラシ２０が、カバープレート２１に取り付けられている。カバープレート２１は、ポリブチレンテレフタレート(ＰＢＴ)樹脂から作られており、これは熱可塑性のエンジニアリングプラスチックである。

　そして、カバープレート２１は、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの軸線の方向に直交する円形状の開口部１０Ａに圧入、嵌合されている。つまり、カバープレート２１の円形状の外周面には、モータハウジング１０の側周部１０Ｓに沿って、言い換えれば回転軸の軸線方向に延びる環状側壁２１Ｗが形成されており、この環状側壁２１Ｗがモータハウジング１０の側周部１０Ｓの内周面に圧入、嵌合されている。

　カバープレート２１の中央部には、前端側転動軸受２２が固定されており、回転軸１６が挿通されて、回転軸１６を回転自在に軸支している。尚、転動軸受の代わりに滑り軸受とすることも可能である。また、ロータ１３とカバープレート２１の間には、上述したブラシ２０が１８０°の角度を有して２個配置されている。２個のブラシ２０は、コミュテータ１９に図示しないコイルばねにより押圧、付勢されている。

　モータハウジング１０の開口部１０Ａから軸方向に延びた側周部１０Ｓの所定領域ＰＰには、カバープレート２１と協働してシール領域ＳＬと圧入領域ＰＦが形成されている。

　シール領域ＳＬは、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの内周面と、側周壁１０Ｓに沿って延びた、カバープレート２１の環状側壁２１Ｗの外周面に形成したシール溝に配置されたＯリング２３とで形成されている。また、シール領域ＳＬと開口部１０Ａとの間に圧入領域ＰＦが形成されている。圧入領域ＰＦは、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの内周面と、カバープレート２１の環状側壁２１Ｗの外周面に沿って設けられた突出圧入部２４(図２～図４参照)とで形成されている。

　そして、本実施形態では、カバープレート２１の環状側壁２１Ｗの外周面に沿って設けられた突出圧入部２４を、モータハウジング１０の開口部１０Ａに圧入しながら変形させることで、モータハウジング１０とカバープレート２１の夫々の軸心を一致させるところに特徴を有している。以下、この点について、図２～図５を用いて詳細に説明する。

　図２において、カバープレート２１の環状側壁２１Ｗの巻線１５側の端部の外周面には、シール溝に収納されたＯリング２３が配置されている。また、このＯリング２３に対して開口部１０Ａ側に寄せて所定の距離を隔てて、突出圧入部２４が形成されている。この突出圧入部２４は、環状側壁２１Ｗの厚みが長くとられた部分に形成されている。更に好ましくは、カバープレート２１から軸方向に屈曲する環状側壁２１Ｗの根元付近に形成されている。このように構成することで、後述するように突出圧入部２４が開口部１０Ａに圧入される時に、環状側壁２１Ｗが変形するのを抑制することできる。

　また図３、図４に示す通り、突出圧入部２４は、環状側壁２１Ｗの外周面２１Ｆより径方向外側に向けて突出しており、カバープレート２１の中心位置（前端側転動軸受２２の軸心）から突出圧入部２４の外表面までの長さが、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの開口部１０Ａの半径より大きく設定されている。したがって、カバープレート２１の環状側壁２１Ｗが、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの開口部１０Ａに圧入された時に、突出圧入部２４は変形（或いは削り取られて）して、結果的にモータハウジング１０の側周部１０Ｓの開口部１０Ａに密着する形態となる。

　ここで、突出圧入部２４の径方向外側に向けた突出量であるが、必要以上に突出量を大きくすると、Ｏリング２３とモータハウジング１０の側周部１０Ｓの内周面との間の隙間が拡大されて、シール機能が低下、或いは喪失される恐れがある。このため、Ｏリング２３が、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの内周面に対して、シール性能を確保できる適切な圧縮変形を行なえる変形代が得られる突出量に決められている。

　また、これに関連して、上述したように突出量を大きくすると、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの開口部１０Ａが塑性変形してしまう恐れがある。このため、開口部１０Ａが弾性変形の状態で、カバープレート２１の環状側壁２１Ｗを弾性的に圧入、嵌合された状態に保持できる程度の突出量に決められている。

　尚、突出圧入部２４は、環状側壁２１Ｗの外周面２１Ｆに等間隔に少なくとも３個以上設けられており、いうまでもないがカバープレート２１と同じ材料で一体的に形成されている。本実施形態のおいては、突出圧入部２４は環状側壁２１Ｗの外周面２１Ｆに等間隔（６０°間隔）に６個だけ設けられているが、あまり数を多くすると、圧入のための圧入荷重が大きくなり、モータハウジング１０の開口部１０Ａの変形を招く恐れがあるので、３個～６個の範囲に収めるのが合理的である。

　また、突出圧入部２４の径方向外側に向けた断面形状は、矩形、三角形、台形等の形状であっても差し支えないが、本実施形態では図４に示すように、周方向に所定の長さＬを備えた円弧状表面２４Ｆを備えた台形形状に形成されている。これによって、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの内周面との摩擦力を大きくして、モータハウジング１０の開口部１０Ａで、カバープレート２１が回転するのを抑制し、また、軸方向にカバープレート２１が抜け出るのを抑制している。

　尚、必要に応じて突出圧入部２４とは別に、回り止めを形成してカバープレート２１の回転を確実に回避することも可能である。更に、突出圧入部２４の周方向の両端に形成した傾斜部２４Ｓは、突出圧入部２４の不要な変形を抑制するために設けられている。

　また、図５Ａに示すように、環状側壁２１Ｗに形成した突出圧入部２４は、圧入方向に向かって、円弧状表面２４Ｆから傾斜したテーパ形状部２４Ｔを備えるように形成されている。これによって、カバープレート２１の環状側壁２１Ｗを、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの開口部１０Ａに圧入する時に、均等に圧入荷重が作用するようにされている。また、図５Ａに示すような突出圧入部２４に代えて、図５Ｂに示すように突出圧入部２４には、図５Ａに示した円弧状表面２４Ｆを形成しないことも可能である。

　次に、モータハウジング１０の側周部１０Ｓの開口部１０Ａ付近の形状について説明する。図２に戻って、モータハウジング１０の側周壁１０Ｓは、基本的には開口部１０Ａに向かって直径が一定の直円筒状に形成されていても良いものである。ただ、モータハウジング１０の板厚を薄く形成すると、カバープレート２１を開口部１０Ａに圧入した状態で、開口部１０が突出圧入部２４によって外側に向けて拡開することがある。このため、モータハウジング１０の側周壁１０ＳとＯリング２３の間で、Ｏリング２３の圧縮状態が変化してシール性能が低下する恐れがある。

　これに対して、本実施形態では、モータハウジング１０の側周壁１０Ｓは、開口部１０Ａに向かって段階的に半径が大きく設定され、段状に形成されている。つまり、シール領域ＳＬに位置する側周壁１０ＳＬ１の半径に比べて、圧入領域ＰＦに位置する側周壁１０ＳＬ２の半径の方が大きく設定されている。したがって、側周壁１０ＳＬ１と側周壁１０ＳＬ２の接続部分は段部２５となっている。

　このため、カバープレート２１を側周壁１０Ｓの開口部１０Ａに圧入しても、突出圧入部２４による開口部１０Ａの拡開動作は段部２５で緩衝されて、シール領域ＳＬに位置する側周壁１０ＳＬ１に影響するのが抑制される。このため、モータハウジング１０の側周壁１０ＳとＯリング２３の間で、Ｏリング２３の圧縮状態が変化するのが抑制されてシール性能が低下する恐れを少なくすることができる。

　尚、カバープレート２１がモータハウジング１０に圧入された後は、別に形成した抜け止め部材によって、カバープレート２１がモータハウジング１０から抜けるのを防止する構成とすることができる。例えば、モータハウジング１０の一部に折り曲げ部を形成してカバープレート２１側に折り曲げることで、カバープレート２１の抜け止めを行なうことができる。また、他の機器と組み合わせた時に、他の機器を利用してカバープレート２１の抜け止めを行なうことができる。

　次に本実施形態になるモータハウジング１０とカバープレート２１の組立方法について説明する。

　先ず、組み付ける前にモータハウジング１０には、永久磁石１１、及び後端側転動軸受１８を固定して一体化し、同様にカバープレート２１にも前端側転動軸受２２を固定して一体化しておく。この場合、前端側転動軸受２２は、カバープレート２１を成形する時にインサートモールドによって同時成形することができる。

　次に、ロータ１３を固定した回転軸１６をモータハウジング１０に配置にする。モータハウジング１０の後端軸受保持部１７に後端側転動軸受１８の外輪が圧入、固定されているので、回転軸１６の軸受端部１６Ｂを後端側転動軸受１８の内輪に圧入することで、回転軸１６の一端をモータハウジング１０に回転自在に軸支することができる。

　次に、カバープレート２１に固定された前端側転動軸受２２の内輪を回転軸１６に圧入しながら、同時にカバープレート２１をモータハウジング１０の開口部１０Ａに圧入していく。この時、モータハウジング１０は図示しないモータハウジング側雇によって保持されており、このモータハウジング側雇の軸心は開口部１０Ａの軸心（＝回転軸１６の正規の軸心）とほぼ一致している。同様に、カバープレート２１は図示しないカバープレート側雇によって保持されており、このカバープレート側雇の軸心はモータハウジング側雇の軸心とほぼ一致している。尚、カバープレート側雇の軸心は前端側転動軸受２２の正規の軸心とほぼ一致している。

　このように、カバープレート側雇によって、カバープレート２１に固定された前端側転動軸受２２の内輪を回転軸１６に圧入しながら、同時にカバープレート２１をモータハウジング１０の開口部１０Ａに圧入していくと、開口部１０Ａの軸心と前端側転動軸受２２の軸心が一致した状態で、圧入が進行していく。したがって、仮に突出圧入部２４の真円度がずれている場合、突出圧入部２４は開口部１０Ａによって、変形（或いは削り取られて）しながら圧入されることになる。

　そして、組み付けが完了すると、モータハウジング１０の軸心とカバープレート２１の軸心とが一致するため、回転軸１６もこれらの軸心と一致するようになる。したがって、結果的にロータ１３の回転軸１６の傾きを抑制でき、異音の発生を低減することができるようになる。また、これ以外の本実施形態の作用、効果は上述した説明にある通りなので、ここではこれ以上の説明は省略する。

　尚、従来のものでは、カバープレート２１の成形時の合成樹脂の「ヒケ」等によって真円度が低下すると、Ｏリング２３が介装されるシール溝の真円度も低下するので、Ｏリング２３の圧縮代にばらつきが生じて、良好なシール性を確保できないという課題も発生する。しかしながら、本実施形態では、モータハウジング１０の軸心とカバープレート２１の軸心とが一致するため、Ｏリング２３が介装されるシール溝の真円度の低下を補償できるので、シール性を向上することも可能となる。

　尚、上述した実施形態においては、ブラシ付き直流電動機について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、モータハウジングの開口部を合成樹脂で作られたカバープレートで塞ぐものであれば、ブラシレス電動機のような種々の電動機においても適用することができる。

　また、上述した実施形態においては、シール領域が圧入領域に比べて巻線側に配置されているが、これとは逆に圧入領域がシール領域に比べて巻線側に配置されている構成としても差し支えないものである。

　以上述べた通り、本発明によれば、金属製のモータハウジングの開口部を塞ぐ合成樹脂製のカバープレートの外周面に、シール部材が配置されたシール領域と、モータハウジングの開口部より径方向外側に向けて突出する、少なくとも３個以上の突出圧入部が設けられた圧入領域を形成し、モータハウジングの開口部にカバープレートを圧入した状態で、突出圧入部を変形させてモータハウジングの軸心とカバープレートの軸心を一致させる構成とした。

　これによれば、突出圧入部が変形することで、モータハウジングの軸心とカバープレートの軸心を一致させることができるので、結果的にロータの回転軸の傾きを抑制でき、異音の発生を低減することができる。

　尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　１０…モータハウジング、１１…永久磁石、１２…ステータ、１３…ロータ、１４…積層コア、１５…巻線、１６…回転軸、１７…後端軸家保持部、１８…後端側転動軸受、１９…コミュテータ、２０…ブラシ、２１…カバープレート、２１Ｗ…環状側壁、２２…前端側転動軸受、２３…Ｏリング、２４…突出圧入部。

Claims

　一方に開口部を有し円筒形状に形成された金属製のモータハウジングと、前記開口部を塞ぐ合成樹脂製のカバープレートと、前記モータハウジング内に固定されたステータと、前記ステータ内に配置され、前記カバープレートを挿通して外部に露出する回転軸を備えたロータとから構成された電動機であって、
　前記モータハウジングの前記開口部を塞ぐ前記カバープレートの外周面に、シール部材が配置されたシール領域と、前記モータハウジングの前記開口部より径方向外側に向けて突出する、少なくとも３個以上の突出圧入部が設けられた圧入領域が形成され、
　前記モータハウジングの前記開口部に前記カバープレートが圧入された状態で、前記突出圧入部を変形させて前記モータハウジングの軸心と前記カバープレートの軸心を一致させた
ことを特徴とする電動機。
　請求項１に記載の電動機において、
　前記カバープレートの外周面には前記回転軸の軸方向に延びた環状側壁が形成されており、前記環状側壁の外周面に前記シール領域と前記圧入領域が形成されている
ことを特徴とする電動機。
　請求項２に記載の電動機において、
　前記シール領域は前記環状側壁の前記ロータの側の位置に形成され、前記圧入領域は前記環状側壁の前記シール領域と前記開口部の間の位置に形成されている
ことを特徴とする電動機。
　請求項３に記載の電動機において、
　前記圧入領域に設けられた前記突出圧入部は、前記環状側壁の外周面に等間隔に３個以上形成されている
ことを特徴とする電動機。
　請求項４に記載の電動機において、
　前記突出圧入部の径方向の先端面は、周方向に沿って延びる所定の長さを有する円弧状面に形成されている
ことを特徴とする電動機。
　請求項５に記載の電動機において、
　前記突出圧入部は、圧入方向に向かって、前記円弧状面から傾斜したテーパ形状部を備えている
ことを特徴とする電動機。
　請求項３に記載の電動機において、
　前記シール部材に対向する前記モータハウジングの側周壁の半径に対して、前記突出圧入部に対向する前記モータハウジングの前記側周壁の半径の方を大きくし、２つの前記側周壁の間に段部が形成されている
ことを特徴とする電動機。
　一方に開口部を有し円筒形状に形成された金属製のモータハウジングと、前記開口部を塞ぐ合成樹脂製のカバープレートと、前記モータハウジング内に固定されたステータと、前記ステータ内に配置され、前記カバープレートを挿通して外部に露出する回転軸を備えたロータとから構成された電動機の組立方法であって、
　前記カバープレートの外周面にシール部材が配置されたシール領域と、前記モータハウジングの前記開口部より径方向外側に向けて突出する、少なくとも３個以上の突出圧入部が設けられた圧入領域が形成された前記カバープレートをカバープレート雇に保持し、
　前記ステータ、及び前記ロータを固定した前記回転軸が収納された前記モータハウジングをモータハウジング雇に保持し、
　前記カバープレート雇の軸心と前記モータハウジング雇の軸心を一致させた状態で、前記カバープレートを前記モータハウジングの前記開口部に圧入して、前記突出圧入部を前記開口部の形状に沿って変形させて、前記モータハウジングの軸心と前記カバープレートの軸心を一致させて組み立てる
ことを特徴とする電動機の組立方法。